DE102005058057A1

DE102005058057A1 - Verfahren und Vorrichtung zur optischen Kontrolle von kolbenförmigen Bauteilen

Info

Publication number: DE102005058057A1
Application number: DE200510058057
Authority: DE
Inventors: Elmar Budde; Pavlos Savidis; Klaus Strack; Reinhold Struckmann; Lars Struckmann
Original assignee: Asentics & Co KG GmbH; MAVO MASCHINEN und VORRICHTUNG; MAVO MASCHINEN- und VORRICHTUNGSBAU; Volkswagen AG
Current assignee: Asentics & Co KG GmbH; MAVO MASCHINEN und VORRICHTUNG; MAVO MASCHINEN- und VORRICHTUNGSBAU; Volkswagen AG
Priority date: 2005-12-06
Filing date: 2005-12-06
Publication date: 2007-06-14

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung (1) zur optischen Kontrolle von kolbenförmigen Bauteilen (2), umfassend eine Einrichtung zur Positionierung des Bauteils (2), mindestens eine Lichtquelle (3) und mindestens eine Kamera (4), wobei um das kolbenförmige Bauteil (2) koaxial ein trichterförmiger Reflektor (5) angeordnet ist, die Lichtquelle (3) oberhalb der größeren Öffnungsfläche (10) des trichterförmigen Reflektors (5) angeordnet ist und als flächiger Strahler ausgebildet ist, dessen Abstrahlfläche größer als die größere Öffnungsfläche (10) des trichterförmigen Reflektors (5) ist, und die mindestens eine Kamera (4) radial in einem spitzen Winkel (alpha) zur Mantelfläche (9) des Bauteils (2) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur optischen Kontrolle von kolbenförmigen Bauteilen.

Bei der optischen Kontrolle von kolbenförmigen Bauteilen wie beispielsweise Kolbenstangen, Rohren oder Rundstählen sollen meist Oberflächenfehler (z.B. Kratzer), Abplatzungen, Kerben und/oder spiralförmige Schleifmarken erkannt werden. Die zuvor genannten Fehlerarten weisen teilweise nur geringfügige Unterscheidungsmerkmale auf und erfordern daher eine möglichst hohe Auflösung und kontrastreiche Abbildung der Prüfteile. Dabei stellt sich das Problem, dass die gewölbten und teilweise stark spiegelnden Oberflächen nicht homogen ausgeleuchtet werden, was die nachfolgende Bildauswertung erheblich erschwert. Ein weiteres Problem stellt sich bei ändernden Reflexionseigenschaften während des Produktionsprozesses ein.

Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur optischen Kontrolle von kolbenförmigen Bauteilen zu schaffen, mittels derer eine verbesserte Ausleuchtung der Bauteile erreichbar ist.

Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 11. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Hierzu wird um das kolbenförmige Bauteil koaxial ein trichterförmiger Reflektor angeordnet. Der Querschnitt des Reflektors kann dabei beispielsweise kreisförmig, quadratisch oder dreieckigförmig sein, wobei vorzugsweise der Reflektor als Kegelstumpf ausgebildet ist, also einen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Oberhalb der größeren Öffnungsfläche des trichterförmigen Reflektors ist die Lichtquelle angeordnet, die als flächiger Strahler ausgebildet ist. Dabei ist die Abstrahlfläche der Lichtquelle größer als die größere Öffnungsfläche des Reflektors, so dass der Reflektor durch die Lichtquelle voll ausgeleuchtet wird. Da die Abstrahlrichtung der Lichtquelle parallel zur Längsachse des Reflektors liegt, kommt es an den Innenwänden des Reflektors zu Reflexionen, von wo aus das Licht auf das Bauteil reflektiert wird. Die mindestens eine Kamera ist im spitzen Winkel zur Mantelfläche des Bauteils angeordnet und nimmt dann einen Teil der beleuchteten Mantelfläche auf. Durch den Reflektor wird die Mantelfläche sehr kontrastreich und homogen ausgeleuchtet. Im Prüfbild der Kamera sind dann Fehler sehr leicht als dunkle Stellen erkennbar.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind das Bauteil und/oder die Kamera rotierbar um das Bauelement herum angeordnet. Dies erlaubt eine Prüfung des kompletten Umfanges des Bauteils. Alternativ können mehrere Kameras radial um das Bauelement angeordnet werden, wobei die Anzahl abhängig vom Aufnahmebereich der Kameras ist. Bei drei Kameras werden diese jeweils 120° zueinander versetzt angeordnet. Der Vorteil der Verwendung von mehreren Kameras neben der simultanen Erfassung des gesamten Umfanges ist, dass keine positionsgenauen Drehbewegungen durchgeführt werden müssen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Lichtquelle als Weißlichtquelle ausgebildet. Diese haben den Vorteil, reproduzierbar den gesamten sichtbaren Spektralbereich zu emittieren, so dass gegebenenfalls auch Fehler erkannt werden, deren Erkennbarkeit von der verwendeten Wellenlänge abhängig ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform strahlt die Lichtquelle diffuses Licht ab, wozu diese beispielsweise eine Diffuserscheibe zugeordnet ist. Hierdurch wird die Homogenität der Ausleuchtung des Bauteils weiter gesteigert.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Innenseite des Reflektors pulverbeschichtet, weiter vorzugsweise mit weißem Pulver. Auch hierdurch wird die Homogenität der Ausleuchtung weiter erhöht. Anstelle der Pulverbeschichtung sind auch andere Verfahren zur Aufrauung denkbar, mittels derer das Licht diffus reflektiert wird bei einem möglichst hohen Reflexionsgrad.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Lichtquelle mit einer Wechselspannung betrieben, wobei die Frequenz der Spannung größer als die Aufnahmefrequenz der Kamera ist. Hierdurch wird analog dem menschlichen Auge sichergestellt, dass die Kamera die Lichtquelle als kontinuierlich wahrnimmt.

Insbesondere bei längeren Bauteilen ist es äußerst schwierig, mit einer Aufnahme den gesamten Längsbereich des Bauteils aufzunehmen. Daher sind in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform die Kamera und/oder der trichterförmige Reflektor und/oder die Lichtquelle in Axialrichtung des Bauteils höhenverstellbar angeordnet.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind dabei mindestens der trichterförmige Reflektor und die Kamera mechanisch gekoppelt, so dass bei der Höhenverstellung die Kamera und der Reflektor stets in gleicher Stellung zueinander sind. Hierdurch sind vergleichbare Beleuchtungsverhältnisse gegeben, was die Vergleichbarkeit der Aufnahmen der Kamera gewährleistet. Ob auch die Lichtquelle höhenverstellbar ausgebildet sein muss, hängt vom Gesamtabstand der Lichtquelle zum Bauteil ab. Ist dieser sehr groß, sind Veränderungen des Reflektors vernachlässigbar. Ansonsten sollte die Lichtquelle analog dem Reflektor und der Kamera verschoben werden, um eine Vergleichbarkeit der Ausleuchtung gewährleisten zu können.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Bauteil vor der optischen Kontrolle gereinigt. Hierdurch sind Oberflächenfehler, Kerben, Schleifmarken etc. leicht bzw. überhaupt erst zu erkennen. Bei der Reinigung wird jedoch neben Schmutz üblicherweise auch eine Passivierung wie beispielsweise ein Ölfilm entfernt. Daher wird weiter vorzugsweise das Bauteil nach der optischen Kontrolle wieder passiviert, wobei vorzugsweise Reinigung und Passivierung in die Vorrichtung zur optischen Kontrolle integriert sind und automatisch erfolgen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zur optischen Kontrolle von kolbenförmigen Bauteilen.
Die Vorrichtung 1 zur optischen Kontrolle von kolbenförmigen Bauteilen 2 umfasst eine Lichtquelle 3, mindestens eine Kamera 4, einen trichterförmigen Reflektor 5 und Halterungseinrichtung 6 für das Bauteil 2.
Über die Halterungseinrichtung 6 ist das Bauteil 2 eingespannt. Koaxial um das Bauteil 2 ist der trichterförmige Reflektor 5 angeordnet, der durch eine nicht dargestellte Stelleinrichtung in der Höhe verstellbar ist, also in axialer Richtung entlang des Bauteils 2 verfahrbar ist, was durch den seitlichen Doppelpfeil 7 symbolisiert ist. Ebenso ist die Kamera 4 in der Höhe verstellbar, was durch den Doppelpfeil 8 symbolisiert ist, wobei die Kamera 4 gegebenenfalls zusätzlich noch radial rotierbar ausgebildet ist. Die Kamera 4 ist in einem spitzen Winkel α zur Mantelfläche 9 des Bauteils 2 ausgerichtet. Der Winkel α liegt dabei vorzugsweise in einem Bereich von 10° bis 30° und weiter vorzugsweise zwischen 15° bis 20°. Die Lichtquelle 3 ist als Flächenstrahler ausgebildet, wobei die Fläche größer als die größere Öffnung 10 des Reflektors 5 ist, so dass also vollflächig in den Reflektor 5 eingestrahlt wird. Die Lichtquelle 3 strahlt dabei vorzugsweise diffus. Das Licht der Lichtquelle 3 tritt durch die größere Öffnung 10 in den Reflektor 5 ein und trifft größtenteils auf die innere Seitenwand 11 des Reflektors 5. Von dort wird dann das Licht auf die Mantelfläche 9 des Bauteils 2 reflektiert. Durch entsprechende Beschichtung der Seitenwand 11 kann dabei ein möglichst diffuses Reflexionsverhalten des Reflektors 5 eingestellt werden, so dass die Mantelfläche 9 sehr homogen und kontrastreich ausgeleuchtet wird. Da die einfallende Lichtmenge in den Reflektor 5 vom Abstand der Lichtquelle 3 abhängig ist, wird die Lichtquelle 3 vorzugsweise wie der Reflektor 5 höhenverstellbar ausgebildet, was durch den Doppelpfeil 12 angedeutet ist. Hierdurch können auch bei einer Verstellung des Reflektors 5 die Beleuchtungsverhältnisse konstant gehalten werden. In diesem Fall werden vorzugsweise der Reflektor 5, die Kamera 4 und die Lichtquelle 3 mechanisch gekoppelt, so dass diese alle die gleiche translatorische Bewegung in Axialrichtung durchführen.
Die Abdeckung der Mantelfläche durch eine Kamera 4 beträgt beispielsweise ca. 90°, so dass mittels vier versetzter Kameras 4 der komplette Mantelumfang erfassbar ist, oder aber die eine Kamera radial in vier Positionen verfahren werden muss. Es versteht sich von selbst, dass in Fällen, wo keine Fehlererkennung über die gesamte Mantelfläche gewünscht ist, weniger Kameras bzw. weniger Positionen ausreichend sind. Wie viel Positionen in Axialrichtung für die Kamera notwendig sind, hängt von der Länge des Bauteils 2 sowie der Bildfeldgröße der Kamera 4 ab.

Claims

Vorrichtung zur optischen Kontrolle von kolbenförmigen Bauteilen, umfassend eine Einrichtung zur Positionierung des Bauteils, mindestens eine Lichtquelle und mindestens eine Kamera, dadurch gekennzeichnet, dass um das kolbenförmige Bauteil (2) koaxial ein trichterförmiger Reflektor (5) angeordnet ist, die Lichtquelle (3) oberhalb der größeren Öffnungsfläche (10) des trichterförmigen Reflektors (5) angeordnet ist und als flächiger Strahler ausgebildet ist, dessen Abstrahlfläche größer als die größere Öffnungsfläche (10) des trichterförmigen Reflektors (5) ist, und die mindestens eine Kamera (4) radial in einem spitzen Winkel (α) zur Mantelfläche (9) des Bauteils (2) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (2) und/oder die Kamera (4) rotierbar angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei Kameras (4) radial um das Bauteil (2) herum angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (3) als Weißlichtquelle ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (3) diffuses Licht abstrahlt.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenseiten des trichterförmigen Reflektors (5) pulverbeschichtet ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (3) mit einer Wechselspannung betrieben wird, wobei die Frequenz der Spannung größer als die Aufnahmefrequenz der Kamera ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera (4) und/oder der trichterförmige Reflektor (5) und/oder die Lichtquelle (3) in Axialrichtung des Bauteils (2) höhenverstellbar angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens der trichterförmige Reflektor (5) und die Kamera (4) mechanisch gekoppelt sind.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorrichtung (1) eine Einrichtung zur Reinigung vor der optischen Kontrolle und/oder eine Einrichtung zur Passivierung nach der optischen Kontrolle für die Bauteile (2) zugeordnet ist.
Verfahren zur optischen Kontrolle von kolbenförmigen Bauteilen, mittels einer Einrichtung zur Positionierung des Bauteils, mindestens einer Lichtquelle und mindestens einer Kamera, dadurch gekennzeichnet, dass koaxial um das kolbenförmige Bauteil (2) ein trichterförmiger Reflektor (5) angeordnet wird, die Lichtquelle oberhalb der größeren Öffnungsfläche (10) des trichterförmigen Reflektors (5) angeordnet ist und als flächiger Strahler ausgebildet ist, dessen Abstrahlfläche größer als die größere Öffnungsfläche (10) des trichterförmigen Reflektors (5) ist, und die mindestens eine Kamera radial in einem spitzen Winkel (α) zur Mantelfläche (9) des Bauteils (2) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (2) und/oder die Kamera (4) rotierbar angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei Kameras (4) radial um das Bauelement (2) herum angeordnet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (3) als Weißlichtquelle ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (3) diffuses Licht abstrahlt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenseiten des trichterförmigen Reflektors (5) pulverbeschichtet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (3) mit einer Wechselspannung betrieben wird, wobei die Frequenz der Spannung größer als die Aufnahmefrequenz der Kamera (4) gewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera (4) und/oder der trichterförmige Reflektor (5) und/oder die Lichtquelle (3) in Axialrichtung des Bauteils (2) höhenverstellbar angeordnet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens der trichterförmige Reflektor (5) und die Kamera (4) mechanisch gekoppelt sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (2) vor der optischen Kontrolle gereinigt wird und/oder das Bauteil (2) nach der optischen Kontrolle passiviert wird.